电阻抗断层成像44页PPT
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电化学阻抗谱分析PPT课件
引言
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
哈尔滨工业大学（威海）
引言
• 定义
G
X
Y
G=Y/X
对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频 率为ω的正弦波电信号X（电压或电流）输入 该系统，相应的从该系统输出一个角频率为 ω的正弦波电信号Y（电流或电压），此时电 极系统的频响函数G就是电化学阻抗。
在腐蚀科学研究中的应用
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信号，使电极系统产生近似线性关系的响应，测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以此
元件外面的括号总数为奇数时，该元件的第一层运 来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法(AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
一般认为，出现这种半圆向下压扁的现象，亦即通常说的阻抗半圆旋转现象的原因与电极/电解液界面性质的不均匀性有关。
哈尔滨工业大学（威海）
6.1 有关复数和电工学知识－复数
1 复数的概念
（1）复数的模
Z Z '2 Z ''2
（2）复数的辐角（即相位角）
arctg Z ''
Z'
哈尔滨工业大学（威海）
6.1 有关复数和电工学知识－复数
（3）虚数单位乘方
j 1 j2 1 j3 j
（4）共轭复数
Z Z ' jZ '' Z Z ' jZ ''
6·3平面电极的有限层扩散阻 抗(等效元件0) 6·4平面电极的阻挡层扩散阻 抗(等效元件T) 6·5球形电极W
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
哈尔滨工业大学（威海）
引言
• 定义
G
X
Y
G=Y/X
对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频 率为ω的正弦波电信号X（电压或电流）输入 该系统，相应的从该系统输出一个角频率为 ω的正弦波电信号Y（电流或电压），此时电 极系统的频响函数G就是电化学阻抗。
在腐蚀科学研究中的应用
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信号，使电极系统产生近似线性关系的响应，测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以此
元件外面的括号总数为奇数时，该元件的第一层运 来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法(AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
一般认为，出现这种半圆向下压扁的现象，亦即通常说的阻抗半圆旋转现象的原因与电极/电解液界面性质的不均匀性有关。
哈尔滨工业大学（威海）
6.1 有关复数和电工学知识－复数
1 复数的概念
（1）复数的模
Z Z '2 Z ''2
（2）复数的辐角（即相位角）
arctg Z ''
Z'
哈尔滨工业大学（威海）
6.1 有关复数和电工学知识－复数
（3）虚数单位乘方
j 1 j2 1 j3 j
（4）共轭复数
Z Z ' jZ '' Z Z ' jZ ''
6·3平面电极的有限层扩散阻 抗(等效元件0) 6·4平面电极的阻挡层扩散阻 抗(等效元件T) 6·5球形电极W
肺电阻抗断层成像与围术肺保护
▪ 评估自主呼吸 一项于2019年发表在Ann Intensive Care的研究， 旨在比较第一次自主呼吸试验和肺电阻抗断层成像技术预测拔管 成功率。研究者利用肺电阻抗断层成像技术通过呼气末阻抗监测， 评价肺不张和非均匀性，预测患者能否成功拔管。
肺阻抗断层成像技术
▪ 量化肺水肿 肺电阻抗断层成像可以对患者肺水肿情况进行量化。 在一项于2016年发表在Crit Care的研究中，研究者通过肺电阻抗 断层成像比较基线和急性肺损伤期间的肺水比，量化肺水肿
▪ 优势 ▪ 肺电阻抗断层成像属于生物电阻抗成像的一种，可以实时监测患
者肺部通气状态，以动态图像形式反映患者肺部的通气状况（图 1）。
肺阻抗断层成像技术
肺阻抗断层成像技术
▪ 正常肺部通气主要分为三个域：过度通气区、中心通气区和肺不 张区。过度通气区和肺不张区气体交换很少，这些区域对患者很 重要，尤其在病理情况下，这些区域会发生变化，但一般的影像 学检查并没有阳性结果。
肺电阻抗断 层成像与围 术期保护
副标题
前言
▪ 常规的肺部影像学检查，如胸片、CT、核磁共振等，只能检测肺 部正常结构和异常病变，在病变没有引起肺结构改变之前的功能 变化，就无法观察。
▪ 临床常用的肺功能检查是对人体呼吸系统生理功能状态所进行的 客观、定量的评价，但是检查过程中需要患者配合操作者口令， 及时做出呼气和吸气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动作，存在一定的局限性。
▪ 评估肺复张效果 张野教授等人于2018年发表在《中华麻醉学杂 志》、题为“肺复张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响：电 阻抗成像法评价”的研究中，探讨了肺电阻抗断层成像法评价肺复 张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响，结果表明，肺复张 可缓解腹腔镜胆囊切除术后早期肺局部中心通气下降。
肺阻抗断层成像技术
▪ 量化肺水肿 肺电阻抗断层成像可以对患者肺水肿情况进行量化。 在一项于2016年发表在Crit Care的研究中，研究者通过肺电阻抗 断层成像比较基线和急性肺损伤期间的肺水比，量化肺水肿
▪ 优势 ▪ 肺电阻抗断层成像属于生物电阻抗成像的一种，可以实时监测患
者肺部通气状态，以动态图像形式反映患者肺部的通气状况（图 1）。
肺阻抗断层成像技术
肺阻抗断层成像技术
▪ 正常肺部通气主要分为三个域：过度通气区、中心通气区和肺不 张区。过度通气区和肺不张区气体交换很少，这些区域对患者很 重要，尤其在病理情况下，这些区域会发生变化，但一般的影像 学检查并没有阳性结果。
肺电阻抗断 层成像与围 术期保护
副标题
前言
▪ 常规的肺部影像学检查，如胸片、CT、核磁共振等，只能检测肺 部正常结构和异常病变，在病变没有引起肺结构改变之前的功能 变化，就无法观察。
▪ 临床常用的肺功能检查是对人体呼吸系统生理功能状态所进行的 客观、定量的评价，但是检查过程中需要患者配合操作者口令， 及时做出呼气和吸气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动作，存在一定的局限性。
▪ 评估肺复张效果 张野教授等人于2018年发表在《中华麻醉学杂 志》、题为“肺复张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响：电 阻抗成像法评价”的研究中，探讨了肺电阻抗断层成像法评价肺复 张对腹腔镜胆囊切除术后早期肺通气的影响，结果表明，肺复张 可缓解腹腔镜胆囊切除术后早期肺局部中心通气下降。
【完整】电化学阻抗谱资料PPT
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因：
1. 电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散 2. 除了电极电势外，还有另外一个对阻抗频响有影响的
状态变量，Warburg公式不适用。
电化学反应与扩散过程混合控制
电极过程由电荷传递过程和扩散过程共同控制，电化学 极化和浓差极化同时存在时，则电化学系统的等效电路可 简单表示为：
•电极过程的控制步骤为电化学反应步骤时， Nyquist 图为半圆，据此可以判断电极过程的控制步骤。
谢谢!
谢谢观看
电路的阻抗： ZRjCdRct1 11/2(1j)
电化学反应与扩散过程混合控制
•实部： •虚部： （1）低频极限。当足够低时，实部和虚部简化为：
消去，得：
电化学反应与扩散过程混合控制
Nyquist 图上扩散控制表 现为倾斜角/4（45）的 直线。
（2）高频极限。当足够高时，含-1/2项可忽略，于是：
•当 足够高时，含 -1/2项可忽略，于是：
•电化学反应与扩散过程混合控制
Rred
本 体 溶 液
•电极过程的控制步骤为电化学反应步骤时， Nyquist 图为半圆，据此可以判断电极过程的控制步骤。
脱附 •电荷传递过程为控制步骤时等效电路的阻抗
•如果电极过程由电化学反应步骤（电荷传递过程）控制，扩散过程引R起r的e阻d抗可以忽略，R等r效e电d路为：
•电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散
Rox
电 •电极过程的控制步骤为电化学反应步骤时，RNoyqxuist 图为半圆，据此可以判断电极过程的控制步骤。
•电荷传递过程为控制步骤时等效电路的阻抗
e- •高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。
电化学阻抗谱分析详解68页PPT
电化学阻抗谱分析详解
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，
电化学阻抗谱等效电路模型方法43页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
电化学阻抗谱等效电路模型方法
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 —
电化学阻抗谱分析演示文稿
-60 103
-40 102
-20
101 0 10-1 100 101 102 103 104 105
f ,Hz
RC
第三十三页，共110页。
-100 100
-80
-60
-40
10
-20
0
1
10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106
f/Hz
（RC）
6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
G =G '+jG ''
第四页，共110页。
引言
• 优点
用小幅度正弦波对电极进行极化 不会引起严重的浓度极化及表面状态变化 使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系
➢是频域中的测量 速度不同的过程很容易在频率域上分开 速度快的子过程出现在高频区，速度慢的子 过程出现在低频区
第五页，共110页。
引言
• 优点
（1）加减 ( a j b ) ( c j d ) ( a c ) j ( b d )
（2）乘除
( a j b ) ( c j d ) ( a c b d ) j ( b c a d ) (a jb ) (cjd ) a c c 2 b d d 2j(b c c 2 a d d 2)
第三十九页，共110页。
补充内容
常见的规律总结
一般说来，如果系统有电极电势E和另外n
个表面状态变量，那么就有n+1个时间常数， 如果时间常数相差5倍以上，在Nyquist图上 就能分辨出n+1个容抗弧。第1个容抗弧（高
第3章 电极过程的表面过程法拉第导纳
第4章 表面过程法拉第阻纳表达式与等效电路的关 系 4·2除电极电位E以外没有或只有一个其他状态变 量 4·3除电极电位E外还有两个状态变量X1和X2 第5章 电化学阻抗谱的时间常数 5·1状态变量的弛豫过程与时间常数 5·2EIS的时间常数 第6章 由扩散过程引起的法拉第阻抗 6·1由扩散过程引起的法拉第阻抗 6·2平面电极的半无限扩散阻抗(等效元件W)
-40 102
-20
101 0 10-1 100 101 102 103 104 105
f ,Hz
RC
第三十三页，共110页。
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1
10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106
f/Hz
（RC）
6.5 溶液电阻不可忽略时电化学极化的EIS
G =G '+jG ''
第四页，共110页。
引言
• 优点
用小幅度正弦波对电极进行极化 不会引起严重的浓度极化及表面状态变化 使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系
➢是频域中的测量 速度不同的过程很容易在频率域上分开 速度快的子过程出现在高频区，速度慢的子 过程出现在低频区
第五页，共110页。
引言
• 优点
（1）加减 ( a j b ) ( c j d ) ( a c ) j ( b d )
（2）乘除
( a j b ) ( c j d ) ( a c b d ) j ( b c a d ) (a jb ) (cjd ) a c c 2 b d d 2j(b c c 2 a d d 2)
第三十九页，共110页。
补充内容
常见的规律总结
一般说来，如果系统有电极电势E和另外n
个表面状态变量，那么就有n+1个时间常数， 如果时间常数相差5倍以上，在Nyquist图上 就能分辨出n+1个容抗弧。第1个容抗弧（高
第3章 电极过程的表面过程法拉第导纳
第4章 表面过程法拉第阻纳表达式与等效电路的关 系 4·2除电极电位E以外没有或只有一个其他状态变 量 4·3除电极电位E外还有两个状态变量X1和X2 第5章 电化学阻抗谱的时间常数 5·1状态变量的弛豫过程与时间常数 5·2EIS的时间常数 第6章 由扩散过程引起的法拉第阻抗 6·1由扩散过程引起的法拉第阻抗 6·2平面电极的半无限扩散阻抗(等效元件W)
电化学阻抗谱ppt课件
第6章 电化学阻抗谱 Electrochemical
Impedance Spectroscopy
引言
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
主要内容与学习要求
• 6.1 有关复数和电工学知识 • 6.2 电解池的等效电路 • 6.3 理想极化电极的EIS • 6.4 溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS • 6.5 溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS • 6.6 电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS • 6.7 阻抗谱中的半圆旋转现象 • 6.8 阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路 • 6.9 电化学阻抗谱的应用
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V I t
Z () 1 j 1 jC C
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
2 复阻抗的概念
复阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。
（1）复阻抗的串联
Z
ZR
ZL
ZC
RL
jL
j
1
C
R j(L 1 ) C
（2）复阻抗的并联
1 1 1 1 1 1 1 1 j( 1 C) Z ZR ZL ZC R jL j 1 R L
引言
• 稳定性条件
稳定
不稳定
可逆反应容易满足稳定性条件。
不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当 扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够 恢复到离原先状态不远的状态。
电化学阻抗谱导论－曹楚南
导言 第1章 阻纳导论
第2章 电化学阻抗谱与等效电路
Impedance Spectroscopy
引言
• 定义
以小振幅的正弦波电势（或电流）为扰动信 号，使电极系统产生近似线性关系的响应， 测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱，以 此来研究电极系统的方法就是电化学阻抗法 (AC Impedance），现称为电化学阻抗谱。
主要内容与学习要求
• 6.1 有关复数和电工学知识 • 6.2 电解池的等效电路 • 6.3 理想极化电极的EIS • 6.4 溶液电阻可以忽略时电化学极化的EIS • 6.5 溶液电阻不能忽略的电化学极化电极的EIS • 6.6 电化学极化和浓差极化同时存在的电极的EIS • 6.7 阻抗谱中的半圆旋转现象 • 6.8 阻抗实验注意点和阻抗谱分析思路 • 6.9 电化学阻抗谱的应用
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
V I t
Z () 1 j 1 jC C
6.1 有关复数和电工学知识－电工学
2 复阻抗的概念
复阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。
（1）复阻抗的串联
Z
ZR
ZL
ZC
RL
jL
j
1
C
R j(L 1 ) C
（2）复阻抗的并联
1 1 1 1 1 1 1 1 j( 1 C) Z ZR ZL ZC R jL j 1 R L
引言
• 稳定性条件
稳定
不稳定
可逆反应容易满足稳定性条件。
不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当 扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够 恢复到离原先状态不远的状态。
电化学阻抗谱导论－曹楚南
导言 第1章 阻纳导论
第2章 电化学阻抗谱与等效电路
用于肺监测的电阻抗断层扫描（EIT）
用于肺监测的电阻抗断层扫描（EIT）什么是EIT？电阻抗断层成像(EIT，也称为应用电位断层扫描)是一种成像技术，它利用解剖结构内的电学特性，通过对结构表面的测量得出该结构的电学特性。
EIT是一种无创、非电离、实时、无不良副作用的功能性成像技术。
EIT适用于任何年龄的患者，可以在床边连续进行，无需镇静。
EIT可以实时生成肺通气、灌注和V/Q比值图-呼吸对呼吸和心跳对心跳的图像。
与计算机化x射线断层扫描和正电子发射断层扫描等技术相比，EIT大约便宜1000倍，小1000倍，不需要电离辐射。
此外，EIT原则上每秒可以产生数千个图像。
其主要局限性是其空间分辨率低，并且-在医学领域-受试者之间的图像变异性大。
通常使用一组电极将电流施加到受试身体或系统，并测量其他电极之间产生的电压，进行记录。
为了获得合理的图像（至少一百张，最好是几千张），必须进行此类测量。
在医学领域，EIT研究最多的应用是胃排空和肺功能的测量（上图）。
在工业领域，典型的应用是成像管道中的油和水的分布，以及成像混合容器中物质的流动。
在某些方面，工业应用对EIT更有利，因为通常可以使用刚性的固定电极阵列。
电极在人体上的固定是医学EIT 面临的遗留问题之一。
物理原理EIT产生组织内阻碍（或更常见的电阻率）分布或其随时间或频率变化的图像。
体内广泛的组织类型之间存在较大的电阻率对比（高达约200:1）。
因此，应该可以利用电阻率形成解剖图像。
此外，正常组织和病理组织之间通常存在显著对比。
例如，Grant(1923)发现，在1 kHz时，脑胶质瘤的电阻率约为正常组织的一半。
为了测量电阻率或阻抗，电流必须在组织中流动，并测量产生的电压。
该施加电流将被称为激励电流（低于电流路径）。
在实践中，几乎所有的EIT系统都使用恒流源，并测量相邻电极对之间的电压差。
为了获得具有良好空间分辨率的图像，需要进行多次此类测量。
这可以通过对身体施加不同的电流分布，并重复电压测量来实现。